[发明专利]一种Al‑Yb‑Zr耐蚀强化的铝合金及其热处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种经过微合金化的耐蚀强化的铝合金材料及其热处理工艺，属于金属合金技术领域。

背景技术

铝合金因其具有优良的机械性能和物理特性成为被广泛应用的金属材料，进一步提高铝合金的综合性能以满足更多的需求成为重要目标。其中，耐蚀强化的铝合金就是其中一个发展方向。通过适当的热处理工艺可以使铝合金基体中产生析出相，通过析出强化提高铝合金的强度。但是，从电化学的角度考虑，析出相的产生导致合金表面的电化学不均匀性加剧，使得合金的耐蚀性变差。铝合金的强度和耐蚀性之间存在的矛盾之处在于，铝合金通过热处理产生析出相提高强度的同时对合金耐蚀性产生不利影响。因此要想得到耐蚀强化的铝合金材料，则必须要找到一种新的合金成分及其制备方法，在保证其强度的同时提高合金的耐蚀性能。

近年来，国内外大量学者就稀土元素对铝合金性能的影响做了大量的研究，其中，以对Sc的研究最为深入，含Sc铝合金有非常优异的性能。但是，价格昂贵的Sc限制了其在工业领域的广泛应用。因此，用低成本的稀土元素替代Sc来发掘铝合金性能就成为不断追求的目标。在铝合金中复合添加Yb和Zr，均能形成与Al₃Sc作用相同的具有L1₂结构的Al₃Yb和Al₃Zr相,从而提高铝合金的力学性能。中国专利CN103255319A公开发明了一种Al-Yb-Zr合金，表明Yb和Zr复合微合金化有非常显著的时效强化效果，但该专利在成分上未涉及低Yb含量的Al-Yb-Zr合金，工艺上未涉及Al-Yb-Zr合金的最佳等温时效工艺，性能上未涉及Yb、Zr复合添加对合金耐蚀性能的影响。

发明内容

本发明的目的在于通过复合微合金化的方法，克服限于技术可析出强化铝合金强度和耐蚀性(尤其电化学腐蚀)不能良好匹配的问题，寻找一种对铝或者铝合金基体起到强化作用，又不会使铝合金的耐蚀性变差的铝合金材料及其制备方法。

本发明所提供的Al-Yb-Zr合金，其特征在于，包括以下质量百分比含量的组分：Yb为0.001～0.068％(重量百分比)，Zr为0.1～0.3％(重量百分比)，余量为铝。

以上所述的合金元素的最佳成分范围为：Yb为0.058～0.068％(重量百分比)，Zr为0.14～0.26％(重量百分比)。

本发明上述耐蚀强化的铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在熔炼纯铝(>99.99％)的过程中加入Al-Yb和Al-Zr中间合金，熔炼温度为780±10℃，到达熔炼温度后充分保温，然后用铁模浇铸；

(2)在640±10℃对铸锭进行均匀化退火，然后进行变形量为90％的冷轧变形，之后在640±10℃固溶40～50小时，随后水淬到室温；

(3)在150～550℃之间进行等时时效(具体过程为每隔25℃保温3h，例如150℃/3h取第一个样，150℃/3h+175℃/3h取第二个样，150℃/3h+175℃/3h 200℃/3h取第三个样，依次类推直到550℃结束)；或者在350～400℃之间等温时效(即在特定温度下保温不同时间，从1分钟到744小时)，最佳等温时效温度为375～400℃。

本发明由于采用了上述成分配比的Yb和Zr复合微合金化，同时通过合适的热处理工艺，添加少量的Yb就能促进Zr的析出，同时又能避免合金一次相对合金耐蚀性的不利影响。因此，本发明在纯铝中复合添加了低含量的Yb和Zr两种元素，通过调整合金成分和热处理工艺，实现其强度和耐电化学腐蚀性能的同步提高。这有别于可析出强化铝合金强度提高耐蚀性变差的现象。

附图说明

图1：150～550℃之间每隔25℃等时3小时时效曲线；

图2：350℃等温时效曲线；

图3：375℃等温时效曲线；

图4：400℃等温时效曲线；

图5：S3号试样在375℃等温时效1h、15h、96h、192h的动电位扫描循环极化曲线；

图6：S4号试样在375℃等温时效1h、15h、96h、192h的动电位扫描循环极化曲线；

图7：S5号试样在375℃等温时效1h、15h、96h、192h的动电位扫描循环极化曲线；

图8：S6号试样在375℃等温时效1h、15h、96h、192h的动电位扫描循环极化曲线；